二氧化硅溶胶、二氧化硅溶胶凝胶复合岩棉保温材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及二氧化硅溶胶、二氧化硅溶胶凝胶复合岩棉保温材料及其制备方法，该二氧化硅溶胶，由以下组分按照以下质量份数比混合而成：硅烷20‑40份、水50‑70份、酸0.01‑2份、表面活性剂0.1‑0.5份、尿素2‑10份。本发明专利技术的二氧化硅溶胶不仅具有低导热性及超疏水性，而且稳定性好，在常温下可以稳定存储数天，因此在二氧化硅溶胶凝胶复合岩棉保温材料的应用上，可以充当等静压设备的液体介质，然后采用本发明专利技术的方法能得到一种负载均匀、不掉粉的厚度超过5cm的复合岩棉保温材料，该复合岩棉保温材料拥有高强度、低导热、低吸水率、防火等特性。

【技术实现步骤摘要】
二氧化硅溶胶、二氧化硅溶胶凝胶复合岩棉保温材料及其制备方法
本专利技术涉及二氧化硅溶胶、二氧化硅溶胶凝胶复合岩棉保温材料及其制备方法。
技术介绍
随着我国经济的不断发展，建筑行业正处于飞速成长的阶段。与此同时，我国建筑能耗约占全国总能耗33％以上，建筑能耗水平是欧洲的四倍、美国的三倍，不节能建筑占到90％。鉴于此，我们国家正逐步提高建筑节能标准。我国建筑节能是以1980-1981的建筑能耗为基础，按每步在上一阶段的基础上提高能效30％为一个阶段。因此通常所说的第一步节能是在1980-1981的基础上节约30％，通称为节能30％的标准。第二步节能是在第一步节能的基础上再节约30％，即节能50％的标准。第三步节能是在第二步节能的基础上再节约30％，即节能65％的标准。目前，北方很多省市已经在65％节能基础上往75％节能标准发展了。而北京市建筑节能设计征求意见稿里率先提出了节能80％标准，且全部由围护结构节能承担。北京80％标准的实行将会进一步推进我国节能建筑的建设水平。随着建筑节能标准的迅速提升，对外墙外保温材料也提出了越来越苛刻的要求。目前主流的用于外墙外保温的材料分为两大类，一类为有机材料，如：EPS,XPS,PU，酚醛等，有机材料有着较低的导热系数，较好的保温性能，可以提供比较高的热阻，但是其耐火性能一直是难以解决的问题。有机材料即使通过改性达到了A级阻燃，但是同时导热系数也会大大增加。另一类为无机材料，包括岩棉、玻璃棉、泡沫玻璃、发泡陶瓷等。其中以岩棉用的最多。岩棉具备了很好的A级不燃性能，但是其本身导热系数较高，且由于岩棉为纤维类材料吸水率较高。虽然目前行业可以稳定生产的岩棉其导热系数已经降低到0.040W/mK，但是相比于有机材料仍然较高。因此，如何能进一步降低岩棉导热系数和低吸水率就成了亟待解决的问题。二氧化硅气凝胶是一种具有高孔隙率、高比表面积、超低密度的三维纳米多孔材料。由于具备这些独特的性质，气凝胶在保温隔热、化学催化、航空航天、储能等各个领域均具有广阔的应用前景。二氧化硅气凝胶是迄今为止保温性能最好的材料，由于其孔径尺寸低于常压下空气分子平均自由程(67nm)，因此处于气凝胶中的空气分子是静止状态，从而避免由对流引起的传热；而气凝胶由于其骨架结构含量较少、纳米三维多孔结构也阻止了固体热传导，这使的气凝胶达到了很好的绝热效果，低于常温下静态空气0.025W/mK的导热系数，达到0.013～0.020W/mK。而且，气凝胶在合成的过程中，通过合理的配方设计，干燥工艺选择，自身可以达到超疏水，即水的接触角可大于130度。因此，将气凝胶与岩棉进行合理的复合，将有望能进一步降低岩棉的导热系数，同时气凝胶颗粒可以对岩棉纤维空隙起到填充作用，同时能降低吸水率。西安建筑科技大学，在专利CN108560742A《一种二氧化硅气凝胶复合岩棉板的制作方法》、期刊《化工进展》“2019，38(6)：2847-2853”《SiO2气凝胶提高岩棉和玻璃棉性能的实验研究》、期刊《建筑热能通风空调》2019年5月第38卷第5期《SiO2气凝胶提高岩棉保温性能的试验研究》中报道了气凝胶与岩棉的复合，所报道的工艺采用二次复合技术，即：把气凝胶粉体先分散在水中制得浆料，然后再将岩棉浸渍于浆料，最后干燥得到复合材料。该方法成功地将岩棉的导热系数从0.045降到0.033W/mK，但由于岩棉本身比较致密，在浸渍时粉体浆料难以进入岩棉内部，因此气凝胶负载量有限，导热系数降低的有限，同时复合材料气凝胶粉体也容易脱落。大连工业大学专利CN102701700A公开了《一种SiO2气凝胶/无机棉复合保温隔热毡及制备方法》，其采用一次复合技术，即用硅酸溶胶与无机棉先进行复合，再进行陈化干燥，该方法简单易行，制备了导热系数为0.01-0.029W/mK的复合材料。但是该方法所用的无机棉基材为毡类产品，属于柔性隔热毡，其结构比较疏松孔隙比较大，溶胶容易进入，即浸渍无需特别工艺，这种柔性材料难以用于外墙保温。而如果选择用于外墙外保温的竖丝岩棉板，由于其本身比较致密，该方法难以实现大量负载。吸水率指标未见报道。由于岩棉产品由摆锤打褶压实所得，较为致密。当使用厚度大于5cm的岩棉进行溶胶复合时，简单的溶胶浸渍难以进入岩棉板中心，造成气凝胶负载出现梯度分布，纵切面不均匀。岩棉厚度为10cm以上时，更为明显。专利CN108863294公开了一种新型复合岩棉气凝胶保温材料复合板及其制备方法，该方法在岩棉的制成过程中，将二氧化硅气凝胶粉体喷洒于岩棉丝之间，再进行摆锤打褶、压实工艺。如专利所述，该方法可以制备2cm-15cm的复合板材，导热系数为0.02-0.03W/mK的复合材料，很好的解决了利用一次复合技术，溶胶难以浸渍透厚度较厚岩棉的痛点。但此方法存在两个问题：首先，气凝胶粉体较脆，在后期的不断压实过程中，气凝胶颗粒很易破碎，其孔结构也遭到破坏，会造成性能下降，所得产品会掉粉；其次，气凝胶是密度很低的固体，用喷洒粉体的方法进行复合，对工艺、车间密闭性有很高的要求，会造成严重的粉尘污染。所得复合材料未见有吸水率指标的报道。
技术实现思路
本专利技术提供二氧化硅溶胶、二氧化硅溶胶凝胶复合岩棉保温材料及其制备方法，本专利技术的二氧化硅溶胶稳定性好，在常温下可以稳定存储数天，因此在二氧化硅溶胶凝胶复合岩棉保温材料的应用上，可以充当等静压设备的液体介质，然后采用本专利技术的方法得到一种负载均匀、不掉粉的厚度超过5cm的复合岩棉保温材料，该复合岩棉保温材料拥有高强度、低导热、低吸水率、防火等特性。本专利技术通过以下技术方案实现：二氧化硅溶胶，由以下组分按照以下质量份数比混合而成：硅烷20-40份水50-70份酸0.01-2份表面活性剂0.1-0.5份尿素2-10份。进一步地，所述的硅烷为甲基三甲氧基硅烷。进一步地，所述的无机酸为醋酸、盐酸、硫酸或者磷酸。进一步地，所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠。二氧化硅溶胶的制备方法，包括如下步骤：在常温下，将水、酸、表面活性剂加入容器中，之后搅拌10-30min，接着加入尿素继续搅拌10-30min，接着加入硅烷继续搅拌10-30min，即得所述的二氧化硅溶胶。一种二氧化硅溶胶凝胶复合岩棉保温材料的制备方法，包括如下依序的步骤：1)将上述方法制备的二氧化硅溶胶倒入等静压设备中作为等静压设备所用的液体介质；2)然后将岩棉条置于二氧化硅溶胶中，之后将压力提升到100-150MPa，保压5-10min后卸载压力，得到复合后的湿岩棉条；3)之后将经步骤2)的湿岩棉条取出并密封，然后在70-100℃下保温1-10h(尿素得到分解，溶胶产生凝胶化)；4)接着，将经步骤3)的材料置于二氧化碳环境中(也就是把经步骤3)的材料置于二氧化碳超临界设备中)，在压力为12-15MPa且温度为50-85℃的条件下干燥5-12h，即得所述的气凝胶复合岩棉保温材料。步骤2)中：提升压力的速率为50本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.二氧化硅溶胶，其特征在于：由以下组分按照以下质量份数比混合而成：/n硅烷20-40份/n水50-70份/n无机酸0.01-2份/n表面活性剂0.1-0.5份/n尿素2-10份。/n

【技术特征摘要】
1.二氧化硅溶胶，其特征在于：由以下组分按照以下质量份数比混合而成：
硅烷20-40份
水50-70份
无机酸0.01-2份
表面活性剂0.1-0.5份
尿素2-10份。


2.根据权利要求1所述的二氧化硅溶胶，其特征在于：所述的硅烷为甲基三甲氧基硅烷。


3.根据权利要求1所述的二氧化硅溶胶，其特征在于：所述的无机酸为醋酸、盐酸、硫酸或者磷酸。


4.根据权利要求1所述的二氧化硅溶胶，其特征在于：所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的二氧化硅溶胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在常温下，将水、无机酸、表面活性剂加入容器中，之后搅拌10-30min，接着加入尿素继续搅拌10-30min，接着加入硅烷继续搅拌10-30min，即得所述的二氧化硅溶胶。


6.一种二氧化硅溶胶凝胶复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文彦，曾永新，刘利，赵光宇，
申请(专利权)人：上海三棵树防水技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31